【正文】 2)^2+y^2+z^2)/C。由于時(shí)間和能力的限制，目 前所做的工作是十分有限的，對(duì)于未來(lái)的發(fā)展，尚有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步地探討和研究。仿真結(jié)果表明，選用的平面四元十字陣列在很大程度上限制了定位的準(zhǔn)確性和快速性。故本文將采用 ???????作為步長(zhǎng)因子。 保持 P 點(diǎn)縱坐標(biāo)和豎坐標(biāo)的 值不變，橫坐標(biāo)分別取值 10,20,30,40,50,70，再對(duì)其進(jìn)行如上的偏差計(jì)算，結(jié)果如圖 所示 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 28 (a) (b) 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 29 (c) 圖 不同 x 對(duì)應(yīng)的偏差 圖 中 (a) 、 (b)、 (c)分別為不同橫坐標(biāo)下，對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo)與其精確值的偏差。采樣頻率過(guò)低，計(jì)算量較小，相應(yīng)計(jì)算時(shí)間較短，但計(jì)算誤差較大；采樣頻率過(guò)高，能夠更準(zhǔn)確地反映出原信號(hào)的特征，從而達(dá)到較高的精確度，然而，與之相對(duì)應(yīng)的計(jì)算量也會(huì)較大，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，不利于及時(shí)獲取信息。首先，介紹了作為定位陣列的平面四元十字陣，并列出了目標(biāo)定位方程，然后，通過(guò)比較選擇了自適應(yīng)算法作為時(shí)延估計(jì)算法，并描述了 LMS 算法及其特點(diǎn)。 3. 在迭代過(guò)程中由于輸入信號(hào)功率的動(dòng)態(tài)變化會(huì)產(chǎn)生梯度噪聲放大問(wèn)題。 LMS 算法的優(yōu)缺點(diǎn) LMS 算法作為最早出現(xiàn)且如今在許多領(lǐng)域都廣泛使用的自適應(yīng)濾波算法，它具有如下的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 1. 它不需要矩陣求逆就可以求解維納方程，另外它還不需要知道輸入信號(hào)的自 相關(guān)矩陣以及輸入信號(hào)和期望信號(hào)的互相關(guān)矩陣。 4. 特征值分散度 學(xué)習(xí)曲線迭代時(shí)間常數(shù)的分散度是由輸入過(guò)程自協(xié)方差矩陣 R 特征值的分散度 (即maxmin?? )來(lái)決定的。對(duì)于相同的輸入來(lái)說(shuō)，濾波器階數(shù)越低，計(jì)算復(fù)雜度越低，自相關(guān)矩陣的最大特征值越小，自相關(guān)矩陣的跡就會(huì)變小，進(jìn)而步長(zhǎng)因子的取值范圍就會(huì)變大，濾波器的收斂速度會(huì)變快，穩(wěn)態(tài)失調(diào)也會(huì)降低，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)比較穩(wěn)定。然而它們之間有時(shí)是相互矛盾的，比如收斂速度與穩(wěn)態(tài)失調(diào)之間是成反比的，且其它性能指標(biāo)的改進(jìn)通常是以增加計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)的。自適應(yīng)濾波器的作用是在自適應(yīng)迭代過(guò)程中，逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)相移濾波器 hu (n)的模擬，并由輸入信號(hào) x1(n)將其中的 u(n)加工成 ?()un?? 。 這兩個(gè)過(guò)程一起工作組成一個(gè)反循環(huán)，如圖 所示。 自適 應(yīng)濾波算法簡(jiǎn)介 自適應(yīng)濾波指的是在濾波過(guò)程中不需要外在的干預(yù)，自我的進(jìn)行信號(hào)的提純，在這一過(guò)程中，參數(shù)的調(diào)整是自動(dòng)完成的，也就是混并不需要或者只需要很少的關(guān)于信號(hào)與噪聲的先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)知識(shí)。這樣傳感器接收信號(hào)經(jīng)過(guò)高階統(tǒng)計(jì)量的處理，將抑制噪聲分量，保留有用信號(hào)分量，然后使用一些準(zhǔn)則函數(shù)和自適應(yīng)迭代方法來(lái)估計(jì)時(shí)延。 參量模型法是一種實(shí)現(xiàn)高精度、連續(xù)可變數(shù)字時(shí)延估計(jì)的方法，該方法利用 FIR 數(shù)字濾波器的線性相位關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)權(quán)函數(shù)，連續(xù)改變信號(hào)時(shí)延，進(jìn)而得到時(shí)延的精確估計(jì)。利用此方法進(jìn)行時(shí)延估計(jì)時(shí)，濾波加權(quán)函數(shù)的選取對(duì)時(shí)延估計(jì)的精度有重要的影響。時(shí)間延遲估計(jì)是指利用參數(shù)估計(jì)和信號(hào)處理的理論和方法，對(duì)上述時(shí)間延遲進(jìn)行估計(jì)，并由此進(jìn)一步確定其它有關(guān)參量，例如信源目標(biāo)的距離、方位、運(yùn)動(dòng)方向和速度等。由于十字形陣列具有分維特性 (指二維參量可分開估計(jì) )，且陣列冗余度也較小，因此，本課題采用平面四元十字陣作為定位陣列。面陣可以在整個(gè)平面對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，也可以對(duì)陣列所在平面為界的半個(gè)空間進(jìn)行定位。 Ed 是信號(hào)經(jīng)濾波處理后的能量，是為了檢測(cè)該數(shù)據(jù)中是否含有可能的膛口激波信號(hào)；而 Pm， Pm1， Pm2， Pm3是未經(jīng)過(guò)濾波處理的信號(hào)功率，是過(guò)門限檢測(cè)后進(jìn)一步對(duì)信號(hào)的能量進(jìn)行分析，是待識(shí)別信號(hào)的原始特征。 (8) 膛口激波的功率 Pm， Tm持續(xù)時(shí)間內(nèi)的信號(hào)功率，即： 211 ()mTmnmP x nT ?? ?。 圖 膛口激波時(shí)域模型 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 15 未經(jīng)過(guò)處理的膛口激波時(shí)域波形圖如圖 。膛口激波信號(hào)近似為球面波，如圖 所示；隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度遭到嚴(yán)重衰減；同時(shí)它的頻率較低，與沖擊波相比，更易受到干擾和噪聲的影響。當(dāng)子彈的速度 v 接近聲速 C 時(shí)， M 約等于 1，而 M? 接近 90176。另外，各路信號(hào)的幅度響應(yīng)也不完全一致，可以通過(guò)規(guī) 范化預(yù)處理來(lái)消除由于各路信號(hào)幅值的差異對(duì)時(shí)延估計(jì)精度的影響。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 10 風(fēng)對(duì)聲傳播的影響 眾所周知，在氣象學(xué)上，在靠近地面的 1． 2~1． 5km范圍內(nèi)的薄層大氣稱為大氣邊界層。 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，對(duì)聲傳播 影響最大的氣象因素是溫度和風(fēng)。吸收系數(shù)為： 2 03 2 221R C ??? ? ? ????? ?? 其中， 0??? 為低頻容變粘滯系數(shù)，等于 ??? 1 的時(shí)候的 0??? 的值， VnVCC????? ， ? 為馳豫時(shí)間， VnC 為外自由度能量引起的定容比熱容。 (2) 線聲源的距離衰減 通常，長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度和厚度的聲源可視為線聲源。 球面波的聲壓： 11 ()rp f trC?? 球面波的聲強(qiáng)： 2TpI C?? 可以看出，用聲壓表示的球面波的聲強(qiáng)在關(guān)系形式上仍與平面波聲場(chǎng)的一樣，但因?yàn)榍蛎娌晧号c距離的一次方成反比，因而聲強(qiáng)不再處處相等，而是隨距離 r 的平方反比地減小。 平面波 波陣面為平面的聲波稱為平面波，在各向同性的介質(zhì)中波線恒與波面垂直。表 列出了常見(jiàn)的聲強(qiáng)級(jí)。 聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí) 聲強(qiáng)是衡量聲音強(qiáng)弱的一個(gè)物理量。 聲壓和聲壓級(jí) 目前，在聲學(xué)測(cè)量中，直接測(cè)量聲強(qiáng)較為困難，故常用聲壓來(lái)衡量聲音的強(qiáng)弱。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 3 第二章 大氣中聲波的傳播規(guī)律及武器中特有的聲波 聲波通常是指空氣中傳播的縱波。因此，加速我國(guó)被動(dòng)聲測(cè)定位系統(tǒng)技術(shù)的研究是必要的，緊迫的，是對(duì)地面防空力量的重要補(bǔ)充。瑞典的“直升機(jī)搜索”系統(tǒng)、英國(guó)的哨兵系統(tǒng)、以色列的聲預(yù)警系統(tǒng)等就是以直升機(jī)、 低速飛機(jī)為目標(biāo)的聲探測(cè)系統(tǒng)。其中利用目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所輻射的聲波來(lái)探測(cè)、識(shí)別目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)有定位和跟蹤能力的聲探測(cè)系統(tǒng)受到重視。 關(guān)鍵詞 ：冷槍 ,平面 十字陣， LMS 算法， MATLAB 英文摘要 Abstract In antiterrorism fights, law enforcement officials may be shot by criminals in the shelter, which is called snipe. In order to avoid getting hurt and fight against criminals effectively, it is necessary to locate the criminals fast and accurately. It is proved that locating the snipe in certain accuracy is feasible as long as proper arrays of acoustic detectors and proper algorithm are chosen. First， the thesis introduced relative theory of sound waves and determined the point acoustic source as the model of acoustic signal. Second, in this thesis, after parison, fourelement cross array was regarded as the arrays for sound source location and the LMS algorithm was chosen for time delay estimation .And then based on the theory above, simulation was conducted with the help of MATLAB to research the project and analyze the influencing factors such as the accuracy of delay time and the step size. Finally， the thesis suggested some countermeasures against deficiencies and pointed out some problems remaining to solve. Key Words: snipe, fourelement cross array, LMS algorithm, MATLAB 目錄 I 目錄 第一章 引言 ......................................................... 1 聲測(cè)定位技術(shù)研究的目的和意義 ........................................ 1 被動(dòng)聲定位 技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................ 1 本論文主要研究?jī)?nèi)容 .................................................. 2 第二章 大氣中聲波的傳播規(guī)律及武器中特有的聲波 .......................... 3 與聲波相關(guān)的物理量 .................................................. 3 聲功率 .......................................................... 3 聲壓和聲壓級(jí) .................................................... 3 聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí) .................................................... 4 聲能密度 ........................................................ 5 聲波傳播模型 ........................................................ 5 點(diǎn)聲源 .......................................................... 5 平面波 .......................................................... 5 球面波 .......................................................... 6 柱面波 .......................................................... 6 聲波傳播過(guò)程中的衰減 ................................................ 7 距離衰減 ........................................................ 7 吸收衰減 ........................................................ 7 環(huán)境對(duì)聲傳播的影響 .................................................. 9 溫度對(duì)聲傳播的影響 .............................................. 9 風(fēng)對(duì)聲傳播的影響 ............................................... 10 武器中特有的聲波 ................................................... 10 彈頭聲波信號(hào)的產(chǎn)生 ............................................. 10 彈頭沖擊波 ..................................................... 11 膛口激波 ....................................................... 13 本章小結(jié) ........................................................... 15 目錄 II 第三章 聲定位原理 .................................................. 16 聲測(cè)陣列 ........................................................... 16 時(shí)延估計(jì)算法 ..........................................